Экономика ядерной энергетики: Основы технологии и экономики производства ядерного топлива. 3-е изд. - Синев Н.М.
Скачать (прямая ссылка):
Модуль упругости поликристаллического урана составляет 19,9-103 кгс/мм2 ('—196•1O9 Па). Он резко падает с повышением температуры. Модуль сдвига 8,22•1O3 кгс/мм2 (—80•1O9 Па), коэффициент Пуассона 0,2087.
Уран — плохой проводник электричества. Его электрическое сопротивление анизотропно. Оно в 17 раз больше, чем меди, и в 11
Таблица 6.3. Анизотропия температурного коэффициента линейного расширения урана
Температура
Температурный коэффициент линейного расширения, 10_« °С"1, по осям кристаллической решетки
а
Ь
с
20—ЮО 20—300 300—500
23,9+1 28,"±1 43,0+1
-5,4 -0,4 —6,3
19,5 23,5 27,6
раз больше, чем алюминия. Уран — слабопарамагнитный металл, может образовывать неферромагнитные сплавы.
Получение металлического урана. Уран получают в виде порошка методом химического восстановления из оксидов (UO2, UO3, UsO8), а чаще всего из тетрафторида (UF4) чистым кальцием или магнием. Гранулы или стружку из кальция предварительно тщательно смешивают с оксидом урана, уплотняют или брикетируют. Процесс ведется при температуре '—12000C с индукционным нагревом в герметичных сосудах (графитовыхтиглях). Получающиеся расплавы солей кальция и магния легкоплавки и просто отделяются. Их шлаки, содержащие доли процента урана, регенерируют. При восстановительной плавке много примесей переходит в металлический уран. Для получения более чистого металла проводят рафинировочные плавки в вакуумных печах. Получение урана в чистом виде — процесс довольно сложный и специфичный, если учесть все изложенные выше особенности и свойства урана. Черновой или окончательный слиток урана непирофорен.
Химические свойства металлического урана. Уран химически весьма активен. На воздухе при комнатной температуре он окисляется до диоксида, меняя цвет от стального к золотисто-желтому и черному. Особенно быстро идет окисление на влажном воздухе. Уран в виде порошка или стружки пирофорен. Чем больше его удельная (отнесенная к единице массы) поверхность, тем выше опасность его самовозгорания. Поэтому механическая обработка урана требует специальных защитных мер. При нагревании на воздухе выше 35O0C интенсивно образуется окалина из смеси UO2 H1JJ3Os. При температуре выше 700 °С металлический уран на воздухе горит ослепительно белым светом, выделяя много тепла, при этом образуется закись-окись U3O8.
Более устойчив уран в атмосфере CO2, что позволило применить этот газ в качестве теплоносителя в газографитовых магнококсовых реакторах, где топливом служит природный металлический уран (Великобритания, Франция). С углеродом при нагревании (750— 78O0C) уран образует карбиды UC и UC2.
Водород и его. изотопы (дейтерий и тритий) при температуре 225—250 °С с ураном образуют гидриды. Уран взаимодействует с водой с образованием гидроксида U(OH)4, из которого получается UO2 с выделением водорода. В кипящей воде (1000C) скорость коррозии достигает 2,7 мг/(см2-ч). Водяной пар реагирует с ураном при температуре 1500C и выше, при этом получаются диоксид и гидрид урана, а выше 280—300 0C — только оксиды и водород. Скорость коррозии чистого урана катастрофически растет и достигает при 4000C 210—230 кг/(см2-ч). Образующиеся водород и гидрид урана вызывают газовое распухание урана.
Жидкие расплавленные металлы (Zr, Mo, Nb, Cr, Ti) образуют с ураном (в у-фазе) сплавы; Na, К, Li не взаимодействуют с ураном. Стойки к растворению в жидком расплавленном уране W и Та, менее стойки (в порядке убывания) Nb, Zr, Ti, Mo, V, Cr и нержавеющая сталь. Хорошей совместимостью с ураном и его спла-
вами обладают Be, Mg, Zr, Al. Поэтому их и используют в конструкциях ядерного топлива. Легирование металлического урана указанными выше металлами, а также Si, Mo и другими позволяет повысить его коррозионную стойкость в воде при высокой температуре. Легирование и соответствующая термообработка также повышают механические свойства.
Важнейшие химические соединения урана. Уран обладает высокой химической активностью и большим сродством с кислородом. Он поливалентен и имеет склонность к образованию сложных ассоциированных молекул-комплексов в водных и органических средах. Все это обусловливает существование самых разнообразных химических соединений урана почти со всеми неметаллами и с многими металлами, с которыми он образует интерметаллиды.
Поливалентность урана широко используется в технологических процессах переработки рудного материала и химических концентратов, в процессах очистки урана от примесей и выделения в чистом виде.
В технологии урана важнейшую роль играют его бинарные соединения: оксиды и галогениды, особенно фториды, а также соли уранила UO22+: сульфаты, нитраты, карбонаты, фосфаты и соли четырехвалентного урана: фториды, хлориды, ацетаты и др. Соли уранила, как правило, отличаются высокой растворимостью в водных и многих органических средах. Большинство этих солей в водных растворах гидратируется.
Хорошая растворимость солей урана в воде широко используется в технологии получения и переработки урана. При комнатной температуре растворимость уранил-нитрата UO2 (NO3)2-6H2O составляет более 170 г на 100 г воды, уранил-хлорида UO2Cl2 — 320 г, уранил-сульфата UO2SO4 •3H2O — 20 г.
